Расчет показателей надежности систем автоматизации процесса резиносмешения

2 Расчет показателей надежности систем автоматизации

2.1 Расчёт параметров надёжности процесса резиносмешения.

По условию задания к расчетно-графической работы [5] составляем функциональную схему сигнализации верхнего и нижнего уровня гранулированного каучука с опробованием светового сигнала и выбираем технические средства для реализации функциональной схемы (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 – Функциональная схема регулирования процесса резиносмешения

Перечень и наименование выбранных технических средств использованных для реализации функциональной схемы автоматизации процесса резиносмешения приведены в таблице 2.1

Таблица 2.1 – Наименование технических средств

Позиция	Наименование и технические характеристики технических  средств	Тип марки
1 – 1		ТСМУ
1 – 2	Прибор вторичный, регистрирующий, регулирующий и сигнализирующий. Входной сигнал: 4 – 20 мА.	Диск 250
L1; L2	Светосигнальная аппаратура
В

По функциональной схеме сигнализации верхнего и нижнего уровня гранулированного каучука с опробованием светового сигнала (рисунок 2.1)  составляем структурную схему надежности (рисунок 2.2), которая является моделью безотказной работы с учётом взаимосвязи элементов друг с другом и влияние каждого элемента на работоспособность системы в целом.

Рисунок 2.2 – Структурная схема надежности

Вероятность безотказной работы каждого элемента (рисунок 2.2) в течении определённого времени t (экспоненциальный закон распределения) рассчитывается по следующей формуле:

,

где  - интенсивность отказов элементов i-го типа (таблица 2.2).

При расчёте задаёмся опрёделенным промежутком времени t=1000 ч.

Результаты расчёта параметров надежности элементов процесса резиносмешения сведены в таблицу 2.2.

Таблица 2.2 – Результаты расчёта  

i		t, ч
1	4	1000	0.996
2	50		0.9512
3	0.71		0.9993
4	0,71		0.9993
5	0,7		0.9993

Вероятность безотказной работы всей системы рассчитывается по формуле:

,

где N – количество элементов (рисунок 2.2).

Из результатов расчёта параметров надежности процесса резиносмешения видно, что (при t=1000 ч) , следовательно, система удовлетворяет требованиям надежности.

2.2 Расчёт параметров надежности для управления процессом автоматизации резиносмешения с учётом заданных режимов

В данном процессе резиносмешения принципиальная электрическая схема учитывает режимы: наладочный и ручной с сигнализацией верхнего и нижнего положений, автоматический при срабатывании автоматических весов.

При определении показателей надежности по принципиальной электрической схеме необходимо провести ориентировочный расчёт, который, как правило проводится на этапе эскизного проектирования. Для этого используют основные соотношения количественных характеристик для экспоненциального закона распределения:

а) суммарная интенсивность отказа (таблица 2.3)

где  - количество элементов i-го типа;

 

 - известные интенсивности отказов элементов i-го типа.

Данные для расчёта суммарной интенсивности заносят в таблицу 2.3

Таблица 2.3 – Данные об интенсивности отказов при ориентировочном расчёте надежности

Наименование блоков, изделии, элементов	Позиция на схеме	Количество элементов i-го типа	Интенсивность отказов
1 Выключатель автоматический в силовой цепи	QF1;QF2	2	0.4	0.8
2 Пускатель магнитный -  катушка -  контакты	КМ1;KM2 КМ1.1…КМ1.4 КМ2.1…КМ2.4	2 8	0.02 0.25	0.04 2
3 Реле тепловое -  катушка - контакты	КК1, КК2 КК1, КК2	2 2	0,02 0,161	0,04 0,322
4 Двигатель асинхронный	М1	1	8,6	8,6
5 Предохранитель плавкий	FU1	1	0,5	0,5
6 Выключатель кнопочный	SB1…SB5	5	0,7	3.5
7 Переключатель рычажный	SA	3	0,06	0,18
8 Реле промежуточное -  катушка -  контакты	KL1 KL1.1	1 1	0,02 0,25	0,02 0,25
9 Электро – контактный манометр	Р1	1	4	4
11 Арматура светосигнальная	HL1; HL2; HL3; HL4	4	0.71	2.84
13 Соединения разъёмные	-	109	0,6	65.4
14 Провода соединительные	-	100 м	0,015	1,5
			98.592

б) среднюю наработку до первого отказа

;

ч;

в) вероятность безотказной работы в течении определенного времени t

;

г) вероятность отказа

;

д) частоту отказов

;

г) интенсивность отказов

Результаты расчёта основных количественных характеристик сведены в таблицу 2.4.

  Таблица 2.4 – Результаты расчётов

2000	98.592	98.592	0,8210	0,179	80.9440
4000		98.592	0,6741	0,3259	66.4609
6000		98.592	0,5535	0,4465	54.5707
8000		98.592	0,4544	0,5456	48.8002
10143		98.592	0,3678	0,6322	36.2621

По полученным результатам (таблица 2.4) строим графики P(t) и  Q(t) от времени t (рисунок 2.5).

Рисунок 2.5 – Вероятность безотказной работы и отказов

По полученным результатам (таблица 2.4) строим графики a(t) и l(t) от времени t(рисунок 2.6)

Рисунок 2.6 – Частота и интенсивность отказов

По электрической, принципиальной схеме составляем структурную схему надежности. В данном процессе резиносмешения принципиальная электрическая схема учитывает режимы: наладочный и ручной с сигнализацией положения, автоматический при срабатывании автоматических весов.

  Рисунок 2.7 – Структурная схема надежности электропривода процесса резиносмешивания

   Находим вероятность безотказной работы каждого элемента структурной схемы надежности (рисунок 2.7), в течении определенного времени t (экспоненциальный закон распределения) по формуле:

;

где - интенсивность отказов элементов i – го типа (таблица 2.3).

При расчёте задаёмся определенным промежутком времени t=3000 ч.

Результаты расчётов сведены в таблицу 2.5

Таблица 2.5 – Вероятность безотказной работы i – го элемента

1	0,5	0,9950	15	0,02	0,9998
2	0,7	0,9930	16	0,161	0,9984
3	0,06	0,9994	17	0,25	0,9975
4	0,7	0,9930	18	0,06	0,9994
5	0,7	0,9930	19	4	0,9608
6	0,25	0,9975	20	0,02	0,9998
7	0,25	0,9975	21	0,25	0,9975
8	0,02	0,9998	22	0,71	0,9929
9	0,161	0,9984	23	0,25	0,9975
10	0,25	0,9975	24	0,71	0,9929
11	0,06	0,9994	25	0,25	0,9975
12	0,7	0,9930	26	0,71	0,9929
13	0,7	0,9930	27	0,25	0,9975
14	0,25	0,9975	28	0,71	0,9929

Вероятность безотказной работы:

-  при параллельном соединении элементов

;

-  при последовательном соединении элементов

.

Определяем вероятность безотказной работы для звеньев с параллельным соединением:

.

.

  Определяем вероятность безотказной работы соответствующая промежуточной схеме надежности.

Рисунок 2.9 – Структурная схема надежности соответствующая автоматическому режиму с сигнализацией

Определяем вероятность безотказной работы промежуточной схемы надежности. Применяя для расчёта формулы для последовательного соединения звеньев.

    

    ;

    ;

   

   

   

   

Рисунок 2.10 – Промежуточная схема надежности автоматического режима с сигнализацией

Находим вероятность безотказной работы схемы управления процессом:

;

          

Из результатов расчета, можно сделать вывод, что при t=10000 ч, , следовательно, система удовлетворяет требованиям надежности.

2.3 Структурно логический анализ системы  процесса резиносмешения с учётом заданных режимов

Для создания высокоэффективных систем необходимо, чтобы элементы и система обладали высокими показателями надёжности, достаточными для практически безотказной эксплуатации.

Анализируя структурную схему надёжности (рисунок 2.7), можно сделать вывод: при отказе каких элементов схема выйдет из строя, а при каких – частично потеряет свою работоспособность. В связи с этим мы рассмотрели промежуточные схемы (рисунок 2.9).

Из схемы (рисунок 2.7) видно, что при отказе таких звеньев, как произойдёт отказ всей системы, так как этими элементами являются (таблица 2.3) предохранитель, выключатель кнопочный, магнитные пускатели и контакты тепловых реле. При отказе элемента (рисунок 2.7) произойдет выход из строя системы автоматического управления, этим элементом является электро – контактный манометр (таблица 2.3).  

При отказе остальных элементов структурной схемы (рисунок 2.7) произойдёт лишь частичный отказ системы, так как можно воспользоваться одним из режимов управления (автоматический или ручной), либо отказ элементов не окажет существенного влияния на работоспособность системы (сигнальные лампы).